Java並發包中CountDownLatch的工作原理、使用示例

1. CountDownLatch的介紹

CountDownLatch是一個同步工具，它主要用線程執行之間的協作。CountDownLatch 的作用和 Thread.join() 方法類似，讓一些線程阻塞直到另一些線程完成一系列操作后才被喚醒。在直接創建線程的年代（Java 5.0 之前），我們可以使用 Thread.join()。在線程池出現后，因為線程池中的線程不能直接被引用，所以就必須使用 CountDownLatch 了。

CountDownLatch主要有兩個方法，當一個或多個線程調用await方法時，這些線程會阻塞。其它線程調用countDown方法會將計數器減1(調用countDown方法的線程不會阻塞)，當計數器的值變為0時，因await方法阻塞的線程會被喚醒，繼續執行。

實現原理：計數器的值由構造函數傳入，並用它初始化AQS的state值。當線程調用await方法時會檢查state的值是否為0，如果是就直接返回（即不會阻塞）；如果不是，將表示該節點的線程入列，然后將自身阻塞。當其它線程調用countDown方法會將計數器減1，然后判斷計數器的值是否為0，當它為0時，會喚醒隊列中的第一個節點，由於CountDownLatch使用了AQS的共享模式，所以第一個節點被喚醒后又會喚醒第二個節點，以此類推，使得所有因await方法阻塞的線程都能被喚醒而繼續執行。

從源代碼和實現原理中可以看出一個CountDownLatch對象，只能使用一次，不能重復使用。

await方法源碼

public void await() throws InterruptedException {
    sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}

public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
        throws InterruptedException {
    if (Thread.interrupted())
        throw new InterruptedException();
    if (tryAcquireShared(arg) < 0)
        doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}

protected int tryAcquireShared(int acquires) {
    return (getState() == 0) ? 1 : -1;
}

 doAcquireSharedInterruptibly 主要實現線程的入列與阻塞。

 

countDown方法

public void countDown() {
    sync.releaseShared(1);
}

public final boolean releaseShared(int arg) {
    if (tryReleaseShared(arg)) {
        doReleaseShared();
        return true;
    }
    return false;
}

protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
    // Decrement count; signal when transition to zero
    for (;;) {
        int c = getState();
        if (c == 0)
            return false;
        int nextc = c-1;
        if (compareAndSetState(c, nextc))
            return nextc == 0;
    }
}

 doReleaseShared主要實現喚醒第一個節點，第一個節點有會喚醒第二個節點，……。

 

2. 使用示例

package demo;

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class CountDownLatchDemo {
	
	private CountDownLatch cdl = new CountDownLatch(2); 
	private Random rnd = new Random();
	
	class FirstTask implements Runnable{
		private String id;
		
		public FirstTask(String id){
			this.id = id;
		}
		
		@Override
		public void run(){
			System.out.println("Thread "+ id + " is start");
			try {
				Thread.sleep(rnd.nextInt(1000));
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
			System.out.println("Thread "+ id + " is over");
			cdl.countDown();
		}
	}
	
	class SecondTask implements Runnable{
		private String id;
		
		public SecondTask(String id){
			this.id = id;
		}
		
		@Override
		public void run(){
			try {
				cdl.await();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
			System.out.println("----------Thread "+ id + " is start");
			try {
				Thread.sleep(rnd.nextInt(1000));
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
			System.out.println("----------Thread "+ id + " is over");
		}
	}
	
	public static void main(String[] args){
		ExecutorService es = Executors.newCachedThreadPool();
		CountDownLatchDemo cdld = new CountDownLatchDemo();
		es.submit(cdld.new SecondTask("c"));
		es.submit(cdld.new SecondTask("d"));
		es.submit(cdld.new FirstTask("a"));
		es.submit(cdld.new FirstTask("b"));
		es.shutdown();
	}

}

 

在這個示例中，我們創建了四個線程a、b、c、d，這四個線程幾乎同時提交給了線程池。c線程和d線程會在a線程和b線程結束后開始執行。

運行結果

Thread a is start

Thread b is start

Thread b is over

Thread a is over

----------Thread c is start

----------Thread d is start

----------Thread d is over

----------Thread c is over

 

3. 參考內容

[1] http://developer.51cto.com/art/201403/432095.htm